工程材料基础名词解释

1、工程材料基础总结晶体：构成原子或离子、分子在三维空间呈现出周期性规则堆积排列的固体称为 晶体；呈现无规则排列的固体为非晶体。单晶体和多晶体：一个晶体中的原子完全按照一种规则排列， 且原子规则排列的 空间取向完全一致，则该晶体为单晶体；如果在一个晶体中虽然原子排列的规则 完全相同，但晶体中不同部分之间原子规则排列的空间取向存在明显的不同（将晶粒放大后会出现明暗不同区域），则称为多晶体。晶粒和晶界：在多晶体中，一个原子规则排列空间取向相同的部分称为一个晶粒。在一个晶粒中，不同部分的原子规则排列之间有时也存在很小的空间取向差， 将 晶粒内这些相互之间原子规则排列空间取向存在很小差别的部分称为亚晶粒。

2、 晶 粒与晶粒之间的分界面称为晶粒界，简称晶界。晶体结构：晶体中原子或离子、分子具有各自特征的规则排列称为该晶体的晶结构。晶格：为研究方便起见，对于由原子或离子构成的金属和无机非金属而言，可将其构成原子或离子视为质点，将这些分布于三维空间的质点按一定的规则以直线 相连便构成由质点和直线形成的三维空间格子，将其称为晶格或点阵。晶格中质点所占据的位置称为晶格的结点或平衡位置。晶胞：将按照一定规则从晶体中取出的能够完全反映晶体原子或离子排列规则的 最小晶体单元称为晶胞。晶格（胞）常数和晶胞致密度： 分别以a、b、c表示晶胞平行于x、y z坐标轴 的边长，称之为晶格（胞）常数。它反映了晶胞的大小。将晶

3、胞中原子所占据体 积与晶胞整体体积之比称为该晶胞的致密度。晶面和晶向：在晶格中，任意取至少三个原子便可构成一个平面， 这种由原子构 成的平面称为晶面,晶面原子密度:单位面积晶面上具有的原子个数； 任意取至 少两个原子便可构成一个晶体中的方向，将这种由一列原子构成的方向称为晶向， 晶向原子密度:沿晶向单位长度上所含原子个数。 原子排列完全相同，仅仅是空 间位向不同的晶面（晶向）称为一个晶面族（晶向族）。晶体各向异性：沿晶体不同晶向性能不同的现象。 产生原因:晶体不同晶向上原 子或分子等排列规律不同。位错：当晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移时，滑移面上滑移区与未滑移区的交界

4、线称为位错。刃型位错的运动形式有滑移和攀移两种：螺型位错运动形式只有滑移。阻碍位错运动的因素有：晶体结合键强度越高，点缺陷、线缺陷密度越大，面缺陷的总面积以及第二相粒子的数量越多， 对位错运动的阻碍越大。晶须：由于种种原因，晶体中总是存在位错，制备出的位错很少的短条状晶体材 料称为晶须。沿晶腐蚀：晶界处原子具有较高能量，因而处于化学活性较高的不稳定状态， 在 遇到腐蚀性介质时，易使晶体沿着暴露于表面的晶界向内逐渐被腐蚀， 形成沿晶 腐蚀。合金：由两种或两种以上的金属与金属或金属与非金属所形成的具有金属特性的 物质称为合金。组元：把组成合金的独立物质称为合金的组元。固溶体：在固态下，原子数量较少

5、的组元原子以类似于溶液的方式溶解在原子数 量较多的组元，形成一种成分及性能均匀的、且结构与组成元素之一的晶体结构 相同的固相称为固溶体。固溶体的塑性比较好。二次固溶体：有些金属间化合物本身作为一个组元还可以溶解构成该化合物的组 元原子或其他原子，形成所谓的二次固溶体。金属间化合物：金属组元原子与其他组元原子相互作用形成的具有金属特性的化 合物。它是一种晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相。由于存在离子键和共价键，金属化合物具有较高的硬度和熔点，较大的脆性。固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降的现象 称为固溶强化。马氏体强化属于固溶强化（过饱和高硬度马氏体溶解在固溶

6、体 中）。细晶强化（晶界强化）：因晶界原子排列不同于晶粒内部，使得位错运动时不能 穿越晶界，从而使晶界具有阻碍位错滑移的作用，所以通过细化晶粒来增加单位 体积晶体内的晶界面积，可以有效提高金属的强度、硬度；并且由于微量杂质元 素分布在晶界上，使得晶粒中杂质元素的含量减少，使得塑性和韧性也有所改善。（其他强化手段在提高强度的同时都会使塑性下降，但细晶强化可以改善塑性） 第二相强化：由于金属间化合物很硬，其作为材料中的第二相（材料中量少、非 连续的高硬、高脆相）存在于材料基体相（构成材料基体的连续相）中可以提高 材料的硬度，同时，金属间化合物作为第二相分布于基体相中还可以阻碍基体相 中位错的运动，

7、从而可以提高材料的强度，这种用金属化合物作为强化相的方法 称第二相强化。因第二相粒子往往是通过先使合金形成过饱和固溶体，再利用过饱和溶质原子在较低温度下的析出而形成， 所以第二相强化也称为析出强化或 沉淀强化。时效处理本质上是第二相强化。第二相硬度高。形变强化（加工硬化）：金属进行冷变形时，随着变形程度的增加，其强度和硬 度会逐渐增大，而塑形却会逐渐降低，这种现象被称为加工硬化或冷作硬化。 其 产生机理主要与位错有关；冷塑性变形引起金属中位错及点缺陷密度增加， 使位 错间的相互缠结和钉扎作用、点缺陷对位错的钉扎作用增强，导致位错进一步滑 移更为困难。若要使塑性变形继续进行，则必须增加外力以克服

8、位错滑移的阻力， 这就形成了加工硬化现象。相：将化学构成、物理状态、晶体结构和性质相同、均一，且有明显界面与其他 不同部分分隔开的部分称为一个相。组织：显微镜下所观察到的材料内部各相的大小、 形态、数量、分布等状况。（反 映了原子聚集体的状态）。（成分一定，相同的相在不同的处理条件下，可以有 不同的组织）。二次固溶体：金属间化合物本身作为一个组元溶解构成该化合物的组元原子或其 他原子，形成二次固溶体。高分子链的构象和柔顺性：由高分子链化学单键的不同内旋转所构成的高分子链 在空间的各种几何形态称为构象;高分子链能够改变其构象（加热）而具有不同 卷曲程度的性质称为高分子链的柔顺性。使用性能：材料在

9、使用条件下所表现出的各种性能。 如力学性能、物理性能和化 学性能。工艺性能：材料在加工过程中所反映的是否适合于加工工艺的性能，如铸造工艺性能、塑性加工性能、焊接工艺性能、热处理工艺性能、切削加工性能等。强度：材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。塑性：材料在外力作用下断裂前产生不可逆永久变形的能力称为塑性。硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力，是表征材料软硬程度的一种综合力学性能。 选择硬度测定方法的依据：1所测材料的硬度高低2所测材料的组织分布均匀程 度。（不均匀分布一般用布氏硬度）抗拉强度：材料在拉伸断裂前所能够承受的最大拉应力。 屈服强度：材料开始产生宏观塑性变形时的最低应力。刚度：结构或构

10、件抵抗弹性变形的能力。用弹性模量来衡量，弹性模量与塑性无 关，并非弹性模量的高的塑性差。疲劳强度：经无限次循环而不发生疲劳破坏的最大应力。冲击韧度（冲击韧性）：材料受冲击载荷作用断裂时单位断口面积所消耗的冲击功，即用冲击功AK除以试样缺口处的横截面积得到材料冲击韧度，用 ak表示。 冲击功指标对回火工艺十分敏感,冲击韧性随温度降低而下降。存在韧脆转化温 度，即冷脆现象，低温韧性对于低温条件下使用的材料十分重要。断裂韧性（Kic）:材料抵抗裂纹扩展的能力。注意：强度指标可以校核，要看材料所受载荷的类型及工作环境来选择对应的强 度指标。塑性、冲击韧性、疲劳强度等指标是安全指标，不能直接校核，一般凭

11、 经验选择。压电效应和电致伸缩现象：某些介电材料在受到外力作用时会产生极化从而在材 料的两端形成电势的效应称为压电效应。 介电材料在电场作用下发生极化时引起 材料尺寸产生明显变化的现象称为电致伸缩。 具有压电效应和电致压缩的介电材 料被称为压电体。铁电效应：材料受外加电场极化后除去电场仍能保留一定剩余极化的现象。具有铁电效应的材料称为铁电体。软磁材料：磁化强度在外加磁场去除后迅速消失的磁性材料。 硬磁材料：磁化强度在外加磁场去除后可显著长期保持的磁性材料。金属单晶体塑性变形主要通过滑移和孪生两种机制进行：晶体在外力作用下沿某 晶面将产生一对切应力，当切应力达到某临界值时将使晶面两侧的晶体产生相

12、对 滑动从而产生塑性变形，这种滑动称为晶内滑动。能够产生滑移的特定晶面被称 为滑移面，能够产生滑移的特定晶向称为 滑移方向。滑移面与滑移方向的组合被 称为滑移系。金属的晶体结构不同，滑移系的种类和数量也不同，导致塑性不同。 滑移的机制主要是位错运动。在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿特定的晶面（孪生面）产生一定角度的切变（即转动），这种变形方式称为 孪生。孪生变形后晶体的变形部分与未变形部分的分界面称为 孪晶面。发生孪生 变形的条件主要与晶体结构、 变形温度和变形速度有关, 密排六方和体心立方的 金属容易发生孪生变形，一般金属在低温和冲击载荷条件下容易发生孪生变形。 纤维组织：冷变形

13、金属随着塑性变形量的增加， 金属中原来的等轴晶粒沿最大变 形方向伸长，当塑性变形量很大时，晶粒将变得模糊不清而呈现细条状， 这种变 形组织被称为纤维组织。多晶体和合金塑性变形特点：多晶体塑性变形以单晶体的塑性变形为基础, 晶粒 取向和晶界都会对其产生影响。对于合金而言,其组织中除基体相外，往往存在 第二相，塑性变形中通常会因第二相对位错滑移产生阻碍而产生第二相强化的效 果。回复：是指在加热温度较低时，由于金属中点缺陷及位错的近距离迁移而引起的 晶内某些变化。此时，加热温度较低，原子活动能力较小，变形金属的显微组织 不发生明显变化，力学性能变化亦不大，仅强度和硬度略有下降，塑性略有提高。 再结晶

14、：当冷变形金属被加热至较高温度时， 由于原子活动能力增大，金属的显 微组织将发生明显变化，由原来破碎、被拉长或压扁的晶粒变为新的均匀、 细小 的等轴晶粒，由于这一变化过程也是形核及长大的过程， 故称之为再结晶。但应 注意，再结晶不是一个相变过程，没有恒定的转变温度，并无晶格类型的变化。 它是一个软化过程。 所以在加工工程中如果工件出现了硬化现象，通常会通过 再结晶退火消除加工硬化，便于下一道工序的进行。注意：热处理工艺中重结晶由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程，如： 钢在1000°C热轧，及轧后冷却到室温过程中发生两次相变过程： 铁素体 f 奥氏 体 奥氏体 f铁素体均为重结晶

15、。再结晶与重结晶的差别 再结晶：无晶格类型 转变变形，只是金属在一定温度下，通过新晶核的形成与长大，由畸变晶粒转变 为相同晶格类型等轴晶粒的过程；重结晶有晶格类型的转变。冷变形和热变形：前者指变形温度低于最低再结晶温度，变形时产生加工硬化，不 发生再结晶；后者指变形温度高于最低再结晶温度 ，变形时由塑性变形而产生加 工硬化，热变形产生的储存能又引发再结晶软化，可在很大程度上消除加工硬化， 此时变形温度和变形速度都会对变形后的组织产生影响。注意：区别冷变形和热变形并不是看加不加热，而是看变形温度与最低再结晶温度的高低。结晶：物质由液相经凝固转变为原子或分子呈规则排列的晶体时的凝固过程。金属结晶包

16、含固相形核和固相长大两个过程。过冷和过冷度：金属的实际结晶温度低于其理论结晶温度的现象称为过冷理论 结晶温度与实际结晶温度之差称为结晶过冷度。 注意：实际相变临界温度与平衡 相变临界温度之差值，在加热时称为“过热度”，在冷却时称为“过冷度”。 形核：液相中首先由液相原子聚集并按照该金属固相原子排列的规律排列形成许 多小的固相质点的过程称为形核。晶核：液体中最初形成的一些作为结晶中心的稳定的微小晶体。晶核长大：晶核形成后，液相中原子将不断在晶核上按固相原子排列的规律聚集 而使晶核体积不断长大的过程称为晶核长大。 晶核长大后称为晶粒。由于结晶时 形成的众多晶粒空间位向是随机分布的，因此一般条件下，

17、结晶获得的晶体时多 晶体，如要获得单晶体，则必须设法使结晶时只有单一晶核。均匀形核和非均匀形核：前者为晶核直接由液相原子按固相晶体原子排列规则在 液相中聚集而形成，又称自发形核;后者为在液相中存在不溶固相，液相原子附 着于这些不溶固相的表面聚集形成晶核，又称非自发形核或异质形核。晶粒度：单位体积或单位面积上的晶粒数目， 它是表示晶粒大小的尺度。晶粒越 细小（即晶粒度越大），材料的强韧性越好。变质处理：向结晶液相中加入大量的不溶固相质点， 通过诱发非均匀形核来提高 结晶形核率以获得细化的结晶组织，这种处理方法叫变质处理。相图：若一个物质体系处于能量最低的状态则称其为平衡状态。表明合金体系中不同成

18、分的合金在不同温度下所存在的相以及相与相之间关系的图形称为平衡 相图，简称相图。晶内偏析和枝晶偏析：实际结晶过程中，由于冷速较快使晶粒内部化学成分不均 匀的现象（先结晶固相中的高熔点组元含量高于后结晶的晶粒外层）称为晶内偏析。固溶体按树枝状方式生长，使得先结晶的枝干与后结晶的分枝成分不同的晶 内偏析现象称为枝晶偏析。消除方法：高温扩散退火。共晶转变：在恒定温度下，由一种具有确定成分的液相同时结晶出两种具有确定 成分固相的转变称为共晶转变。包晶转变：由一种确定成分的液相与一种确定成分的固相相互作用而生成另一种 具有确定成分的固相的转变称为包晶转变。共析转变：由一种具有确定成分的固相分解同时形成两

19、种具有确定成分固相的转变称为共析转变。由共析转变形成的两种固相的机械混合物称为共析组织。析出强化或第二相强化：共晶组织的出现可使材料微观组织细化， 有利于阻碍位 错的运动，提高合金的强度；二次析出相的出现也可阻碍位错的运动， 提高合金 强度，此称为析出强化或第二相强化。铁碳合金平衡相图中的相：相：碳溶解于-Fe中形成的间隙固溶体，又称高温铁素体。为体心立方结构，在1495°C时对碳的固溶量最大，为 0.09%。相:碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体，也称奥氏体，用符号 或A表示。为面心立 方晶格。其对碳的固溶度最大，在1148°C时对碳的固溶量最大可达2.11%。 相的强度和

20、硬度低，塑性很好。相：碳溶解在-Fe中形成的间隙固溶体，也称铁素体，用符号 或F表示。为体心立方晶格，对碳的固溶度很小，最大才为 0.0218%（ 727oC）。 Fe3C 相: Fe与C形成的一种具有复杂结构的间隙化合物， 称为渗碳体，含碳量为6.69%,硬而脆。二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体。其通常严重奥氏体晶界呈网状分布。铁碳合金平衡相图中的组织：莱氏体 （Ld）:共晶转变形成的和Fe3C两相机械混合物，莱氏体中的 和渗碳体分别称为共晶奥氏体和共晶渗碳体。珠光体（P）: 共析转变生成 和Fe3C的机械混合物，珠光体中的 和FQC分别称为共析铁素 体和共析渗碳体。珠光体强度较高，塑性、

21、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。马氏体：碳在-Fe中形成的过饱和间隙固溶体。 贝氏体：含碳过饱和的铁素体 和渗碳体（或碳化物）组成的混合物。注意：珠光体、贝氏体是组织的名字，马氏体既是相的名字也是组织的名字。 一次渗碳体：由液相中结晶出的FeC，以FqC表示。二次渗碳体：含碳量大于0.77% （过共析钢）的Fe Fe3C合金自1148oC冷却至727°C过程中，将因 中含碳量过饱和而从中析出Fe3C。所析出的渗碳体称为二次渗碳体，以Fe3C表示。三次渗碳体：亚共析钢平衡冷却过程自 727oC冷却至室温的过程中，将从 中析出Fe3C，称为三次渗碳体，以 FqC 表示。热处理：通过在固

22、态范围对金属材料加热、 保温和冷却的方法，来改变材料的内 部组织结构从而改善其性能的一种工艺。金属材料能够进行热处理的前提条件是其在加热、保温和冷却时内部组织结构会发生变化，只有这样才能引起其性能 的变化，否则对金属材料进行热处理将毫无意义。热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理包括退火、正火、淬火和回火， 表面热处理包括表面淬火（包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火）和化学 热处理（包括渗碳、渗氮和碳氮共渗）。奥氏体化：将钢加热到临界温度以上使组织完全转变为奥氏体的过程。等温冷却和连续冷却：前者为将奥氏体化的钢迅速冷却到相变临界温度以下的某 一温度保温，以进行等温转变；后者是将奥氏体

23、化的钢连续冷却到室温而使其在 不同温度下进行转变。过冷奥氏体：当奥氏体冷却至相变临界温度以下后处于热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。它会发生分解，趋于形成稳定相。C曲线：过冷奥氏体分解的等温转变综合动力学图。图中 Ms线是过冷奥氏体转 变为马氏体的开始温度，Mf是过冷奥氏体转变为马氏体的终了温度。其中组织 转变之前的等温时间称为孕育期。临界冷却速度：C曲线图中与转变开始线鼻尖相切的冷却速度 Vk是保证过冷奥 氏体只向马氏体转变的最小冷却速度， 称为临界冷却速度。它的大小与过冷奥氏 体的稳定性有关。残余奥氏体：大多数钢的Mf都在室温以下，因此将钢冷却至室温，奥氏体不可 能全部转变为马氏体，总有部

24、分残余奥氏体存在。退火：将工件加热到临界点（A1、A3、Acm）以上或在临界点以下某一温度保温 一段时间后，以十分缓慢的冷却速度进行冷却的一种操作工艺。目的：获得珠光体组织，将不稳定组织变为稳定组织；降低硬度，改善切削加工性；均匀材料组 织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备；消除残余应力，稳定尺寸， 减少变形与裂纹倾向。正火：将工件加热至AC3或Acm以上，经保温使之完全奥氏体化后在空气中快 速冷却，得到珠光体类型的组织的热处理工艺方法。目的：细化晶粒，使晶粒均 匀化，提高材料的硬度，便于加工；对于过共析钢还可以消除网状二次渗碳体， 有利于球化退火的进行（因为正火冷却较快，二次渗碳体

25、来不及沿奥氏体晶界呈 网状析出）。淬火：将钢件加热到临界点Ac3 （亚共析钢）或Ac1 （共析和过共析钢）以上， 保温一定时间，使钢奥氏体化后，以大于临界冷却速度冷却，以获得马氏体组织 的热处理工艺方法。目的：显著提高钢的强度和硬度，并常与不同温度的回火相 结合，可以得到不同的强度、塑性和韧性的配合，以满足各种零件和工模具的使 用要求。回火：将淬火钢重新加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却至室 温的热处理工艺。（主要用来配合淬火工艺，调整组织，获得所需力学性能，满 足使用要求）。球化退火：使钢中碳化物球化而进行的退火, 得到在铁素体基体上均匀分布的球 状或颗粒状碳化物的组织。球化

26、退火主要适用于共析钢和过共析钢， 如碳素工具 钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状 光体与网状渗碳体,这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中 也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织， 其中的渗碳体呈球 状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削 加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。 另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用 球化退火。所以其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好 准备。这种工艺有利于塑性加工和切削加工，还能提高

27、机械韧性。球化退火加 热温度为Ac1+（2旷40）C或Acm-（2030）C，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。 在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过 剩碳化物溶解。因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在， 则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。淬火应力：淬火冷却中工件截面上的内外温差引起内应力。 工件冷却时表面冷却 比心部快，一方面使工件内外收缩不能同步发生而引起热应力， 另一方面使工件 内外马氏体转变不能同步进行而引起组织应力。淬透性和淬硬性：表征钢淬火时获得马氏体能力的特性或说钢被淬透的能力称为 钢的淬透性,它主要

28、和钢的过冷奥氏体的稳定性或者说与钢的临界冷却速度有关, 通常用淬硬层深度（指从淬火工件表面到内部的截面上淬成马氏体组织的厚度） 来表示。 淬硬性是指钢在淬火时能够达到的最高硬度,它表示钢淬火硬化的能力，主要和钢的含碳量有关。合金元素和杂质元素：为改善组织与性能有意加入的元素称为合金元素；由原料中或冶炼中带入的少量有害元素称为杂质元素。回火脆性：淬火钢回火时的冲击韧性并不总是随着回火温度的升高而简单地增加， 有些钢在某个温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象称为回火 脆性。回火稳定性（耐回火性）：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。二次淬火：在碳和合金元素（Co和Al除外）较多的钢

29、中淬火后有较多的残余奥 氏体，高合金钢中，例如,高速钢淬火后残余奥氏体高达 25%30%。在一般合 金钢中残余奥氏体于200300E回火中转变成F （铁素体）和碳化物。但在淬火 的高合金钢中于500600 E时导致奥氏体中析出碳化物，使奥氏体中合金元素含量降低，并使奥氏体向马氏体转变温度提到室温以上，因此冷却后奥氏体转变为马氏体，从而提高钢的硬度。在高合金钢中回火冷却时残余奥氏体转变为马氏 体的现象称为二次淬火。二次硬化：含W、Mo和V等元素的钢在回火加热时由于析出细小弥散分布的碳 化物以及回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体， 使钢的硬度不仅不降低，反而升 高的现象。在高速钢热处理过程中常会出现

30、二次淬火和二次硬化现象。调质处理：结构钢的淬火与高温回火结合的热处理工艺。目的是获得综合力学性能较好的回火索氏体，其强度、韧性和塑性都比较好。固溶处理和时效处理：将合金加热到适当温度，保持足够长时间，使过剩相（第 二相）充分溶入固溶体中，然后快速冷却至室温以获得过饱和固溶体的热处理工 艺称为固溶处理。时效处理是合金工件经固溶热处理后在室温或稍高于室温的温度下保温，以达到沉淀硬化的目的，这时金属在过饱和固溶体中形成溶质原 子偏聚区和由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化，提高材料的性能。时效温度越高，时效速度越快，强化效果越小，所以人工时效比自然时效的效果低。 表面淬火：将钢件表层加热到淬火温

31、度以上， 不等热量传到心部，便立即进行淬 火冷却的一种热处理工艺方法。化学热处理：改变工件表层的化学成分、组织和性能的综合工艺过程称为化学热 处理。它可使同一工件的心部和表面具有不同的组织性能。 目的：提高硬度、 提高抗高温氧化性、提高抗腐蚀性。热脆性：钢材热轧或锻造时由于低熔点相的晶界处的过早融化，导致钢沿晶界开裂的现象。杂质S会使钢具有热脆性。冷脆性：磷溶入铁素体后降低钢的室温脆性和韧性，并且使钢的脆性转变温度显 著提高，使钢变脆的现象。韧脆转变温度：材料的冲击韧性随着温度下降而下降， 在某一温度范围内冲击韧 度值发生急剧下降的现象称为韧脆转变，发生韧脆转变的温度范围称为韧脆转变 温度。热

32、（塑性）加工：从金属学观点看，把再结晶温度以上的塑性加工称为热塑性加 工。热（红）硬性：钢在一定温度下仍能保持高硬度的性能。水韧处理：（高锰钢是一种高锰奥氏体铸钢，其铸态组织中沿晶界析出的网状碳 化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。）将铸造后的高锰钢加热至单相奥氏体 温度范围，使碳化物完全融入奥氏体中，然后迅速水冷以获得单一过饱和奥氏体 化组织的热处理工艺。（其实是一种固溶处理）（水韧处理后韧性高、硬度低，使用过程中必须伴随着压力和冲击作用，在压力和冲击作用下，表面奥氏体迅速 加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度大大提高，获得耐磨性，而心 部仍为奥氏体组织，具有高抗冲击磨损性能）。1.

33、 对材料的选择要兼顾材料的使用性能、工艺性能和经济性能。2. 决定材料性能的因素：化学组成和组织结构。3. 弹性模量在热处理手段下无法改变，它对组织不敏感。4点缺陷主要影响晶体的物理性质，如比容、比热容、电阻率等线缺陷对材料性能的影响位错是一种及重要的晶体缺陷，他对金属的塑性变形，强度与断裂有很重要的作 用，塑性变形就其原因就是位错的运动，而强化金属材料的基本途径之一就是阻 碍位错的运动，另外，位错对金属的扩散、相变等过程也有重要影响。所以深入 了解位错的基本性质与行为，对建立金属强化机制将具有重要的理论和实际意义。 金属材料的强度与位错在材料受到外力的情况下如何运动有很大的关系。如果位错运动

34、受到的阻碍较小，则材料强度就会较高。实际材料在发生塑性变形时，位 错的运动是比较复杂的，位错之间相互反应、位错受到阻碍不断塞积、材料中的 溶质原子、第二相等都会阻碍位错运动，从而使材料出现加工硬化。因此，要想 增加材料的强度就要通过诸如：细化晶粒（晶粒越细小晶界就越多，晶界对位错 的运动具有很强的阻碍作用）、有序化合金、第二相强化、固溶强化等手段使金 属的强度增加。以上增加金属强度的根本原理就是想办法阻碍位错的运动。面缺陷对材料性能的影响1. 面缺陷的晶界处点阵畸变大，存在晶界能，晶粒长大与晶界平直化使晶界米面 积减小，晶界总能量降低，这两过程通过原子扩散进行，随温度升高与保温时间 增长，有利

35、于这两过程的进行。2. 面缺陷原子排列不规则，常温下晶界对位错运动起阻碍作用， 塑性变形抗力提 高，晶界有较高的强度和硬度。晶粒越细，材料的强度越高，这就是细晶强化， 而高温下刚好相反，高温下晶界又粘滞性，使相邻晶粒产生相对滑动。3. 面缺陷处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，晶界处也有较多缺陷，故晶界 处原子的扩散速度比晶内快4. 固态相变中，晶界能量较高，且原子活动能力较大，新相易于在晶界处优先形 核，原始晶粒越细，晶界越多，新相形核率越大。5 由于成分偏析和内吸附现象，晶界富集杂质原子情况下，晶界熔点低，加热 过程中，温度过高引起晶界熔化与氧化，导致过热现象。6.晶界处能量较高，原子处于

36、不稳定状态，及晶界富集杂质原子的缘故，晶界腐 蚀速度较快。5. 热处理工艺包括预备热处理和最终热处理，前者主要是为了消除上一道工序 的不利影响，调整性能，为下一道加工工序做准备；后者主要是用来保证工 件的使用性能。6. 水与工件接触会导致水汽化，形成气泡使工件与水分离，不易于传热。在水 中加入盐后，能有效抑制气泡的产生和长大，盐水与工件接触充分，冷却速 度比水快。7. 金属材料、陶瓷材料、高分子材料在结构和性质上的主要差别是金属材料以 金属键为主，具有高的强度、良好的塑性变形能力、导电导热性能良好并具有金属光泽材；陶瓷材料以离子键或共价键连接，耐高温、耐腐蚀、硬度大、 脆性高，热膨胀系数小；高

37、分子材料分子内以共价键为主，具有一定强度、 易成形、质量轻、一般不导电、耐腐蚀，但容易发生老化变脆和高温软化现 象。8. 理想晶体与实际晶体的差别主要是理想晶体是指按照点式的周期性在空间无 限伸展的晶体。实际晶体并不具有理想的、完整的、无限的理想结构：实 际晶体中的微粒总是有限的，表面或界面的结构与内部结构是不同的；晶 体中结构基元并不是静止的，它们在平衡位置附近不停地运动；实际晶体中存在缺陷9. 影响奥氏体晶粒长大的几大因素：1. 加热温度和保温时间随加热温度升高晶粒逐渐长大。 温度愈高，或在一定温度下，保温时间越长， 奥氏体晶粒也越大。2. 钢的成分奥氏体中碳含量增高，晶粒长大增大。 钢中

38、加入钛、钒、铌、锆、铝等元素，有利于得到本质细晶粒钢，因为碳化 物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上， 能阻碍晶粒长大。 锰和磷促进晶粒长大。3. 合金元素C%的影响：C%高，C在奥氏体中的扩散速度以及Fe的扩散速度均增加，奥 氏体晶粒长大倾向也增加，但 C%超过一定量时，由于形成Fe3CU，阻碍奥氏体 晶粒长大 ;合金元素影响：强碳化物形成元素 Ti、Zr、V、W、Nb 等熔点较高，它们弥 散分布在奥氏体中阻碍奥氏体晶粒长大； 非碳化物形成元素 Si、Ni 等对奥氏体晶 粒长大影响很小。4. 钢的原始组织的影响钢的原始组织越细， 碳化物弥散速度越大， 奥氏体的起始晶粒越细小， 相同 的加热条件

39、下奥氏体晶粒越细小。10. 正火后得到的组织亚共析钢 铁素体+珠光体共析钢 珠光体 过共析钢 渗碳体 +珠光体11. 为什么亚共析钢采用完全退火，过共析钢采用不完全退火？完全退火简称退火，是将亚共析钢加热到Ac3以上3050 C,保温一段时间， 随后缓慢冷却（随炉、埋入砂、石灰中） ，以获得接近平衡状态组织的退火方 法。实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至600T左右即可出炉空冷。完 全退火的目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削性 能。主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧型材及焊接结构。作为一些不重 要工件的最终热处理，或作为某些重要件的预先热处理。由于过共析钢加热 至 A

40、ccm 以上奥氏体状态后缓冷退火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的强 度、塑性和冲击韧性显著降低，因此完全退火不能用于过共析钢。完全退火 全过程所需时间非常长。为缩短时间，生产中常用等温退火，即将工件加热 到Ac3或Ac1以上，保温适当时间后，较快冷却到珠光体转变温度区的某一 温度（略低于Ari）并保持等温，使奥氏体转变为珠光体组织，然后在空气中 的退火。等温退火不仅缩短了退火时间，而且转变产物容易控制，钢件内外 组织均匀，适用于高碳非合金钢、中碳合金钢、经渗碳处理后的低碳合金钢 和某些高合金钢的大型铸件、锻件和冲压件等。12. 体心、面心、密排六方晶体结构有何特点？体心立方晶体：晶格常数a=b

41、=Co晶胞内原子数=2;致密度=0.68 面心立方晶体：a=b=Co晶胞内原子数=4;致密度=0.74 密排六方晶体：晶胞内原子数=6;当c/a=1.633时，致密度=0.7413. 为什么单晶体有各向异性而多晶体往往没有各向异性？对于单晶体.由于沿着其不同晶向上的原子排列密度往往不同，导致沿不同晶向上 晶体的物理、力学爭性质出现羞异，将这种沿晶体不同方向性质不同的现象称为晶 体的各向异性“对于由众多品粒组成的多品体，由于其各个晶粒的空间位向星随机 分布T因此沿多晶体任意方向测出的牡质均为各晶粒沿不同方向件质的平均值，所 以在一般悄况下.名胡体没宵明显的各向异性*但当由r某些原肉如大变形量的塑

42、 性变形，使多晶体内备晶粒的空间取向趋于一致时，多品体也可表现出幹向异性。14.溶质原f与检错之间的柑互作用对溶质原子在昂体中的分布有何影响？对位错的 运动冇何影响？答匸 P21 (1 ( I fl 'J | T 1溶剂晶格中溶入其他异类瓯了形成固溶体后.固溶瓯了产粧的畸变应力场会与位错 的畸变应力场相互作用*使间隙固溶原子以及尺寸人于溶剂原子的置换固溶原子趙 -分布丁位错附近的拉减力区，使尺寸小丁溶剂乐了的置换固溶原子趋向分布丁位 错附近的压应力去，以此降低晶格畸变能°艸品体中位错因外力作用运动时，将改变位错与固溶原子所形成的上述低畸变能状 态.使晶休的崎变能增加增加的畸变

43、能需耍通过増大外力来提供，衣现为使位錯 运动，也即使晶体塑性变形更为困难，从而使晶体的强度较无固溶脈子时得到提髙a15.二点缺略利位帯时晶体的强度换度、理性.韧性、电阻聿等有何影响？ (pagel3,16) 答，点缺軌一般情况八 点缺陷数戢的壇加将提高材料的强度，降M材料的舉性 和金属的导电性以及耐蚀性等-位错t通常p鼎体材斛在室湿卜的垦性变母主衆杲由位措滑移所咁起的°位错密度 极低时表现出高强度密度过高时也会表现出辍高的强度。存庄适当密度的位错时, 晶体晟易犁性变形向具戶栽低的關度.16.晶体中右哪些而缺陷.为什么表而易吸附其他物贞？答；而缺陷有晶界、亚晶界.相界而、表而等也被视为

44、晶休的而缺陷a晶休表而具 有表而龍，因廊将会鬥笈的吸附外来原于或分子以降低表而能*17.纯金属与其固落休相比，嘛一个强度更高*为什么？答：同瘩休强度更高.闵为当晶体中位雷因外力作用运动时，将改变位错勺周落原 了所堆成的低畸变BE状态，便品休的畸变能增加，増加的畸变能需翌通过增大外力 来提供”表觇为使位帝运动”也即使晶体舉性变堆更为囲诽，从ihj帔晶体的强度较 无固溶原子时得到提高口18.常见金属间化合物有哪几种，备右何特点？金属间化合物可以由金属与金属、金属与非金属构成*其晶体结构复杂，且不同 于其组元的晶体结构°宙于存在离了键或人价键，金属測叱合物具有较髙的硬度和 熔点.较大的脆性

45、.同时，由于具有部分离子键，金属间化合物具有一定的金属特 性.宙于为化仔物，金属间化合物的成分可用分子式来袁示，但U于有些金属间化 合物本身作为一个组元还叮以溶解构成该化合物的组尤原子或其他原子，形成所谓 一次同潘休，因此，这些金属间化合物的成分又可以在一定的范甩内变化.(21页)19.同港体和金属间化合物对合金的力学性能有何影响？固濬体他晶体的强度较无同瞎原子时得封提高，强度提髙的幅度随同溶原子数帛 的增加而備大，该现皱称肯固落强化金属间化含物也叮以提髙材料的楼度和强度, 是金届材料中普遍应用的章要强化相31页）20何谓同素异构、何分异构现彖？构成兀素相同但具何不同晶休結构的观彖称为同素异构

46、现猱仃些化合物分予式相 同，但组成原子可以排列成不同的晶体戒分子结构，此观彖称为同分异构现纵（22 页21, 何谓陶瓷，其主要组成相有哪些，其性能取决于什么相？陶瓷属于无机非佥展材料.无机非金属材料是指化学组成主怵为无机化合物和 非金届尤素单质的一类材料h晶体牺 玻璃抓 T孔也称气相'其屮晶体相是决定 陶瓷性能的主豊因素"22, 为什么陶畫中位错的密度低于金属中，且晦瓷屮位错的潸移系少于金隅屮2由于陶瓷主要是以结合力强的离了轉威从价69结介，所以在陶瓷中版成点缺陷、 位犢等晶体缺陷所需密的能量远高于金属中，般的陶瓷屮点缺陷、位错形成较为困 难，其密度显著低于金属中（23页）2

47、3何诣高聚物，构成高聚物分子的原子Z间以何种结含锭柿连，高聚物分子Z间以 何种结合魁相连？高分子化合物（也成聚合物或高聚物）悬由许务栩同且结构简单的萃本结构单 元J1过共价罐重夏连接而成的高分了谨。其价鯉.范徳华甕或氢键 （24页） Z4为什么高聚物在高温卜蜀软化F答：线性高分了毬间无化学键连接，分了側叮相府移动，从而使由其审形成的高 分子材料在濬剂中能够溶解|有良好的弹性和塑性.加热可熔化，具何拂塑性.25何谓高聚物的結构单元，高聚物人分子锥有哪几种几何形态？其几何増态右高聚 物的力学性质有什么关系？答；给构单兀组成一个高分子的基本结构单兀却种。线性高分子、支锥塑高分子、交欣捱高分子口线性高

48、分子有11好的理性利塑性匸支链型的支链便髙分T材料的密度°弹控、 强度卜降；交联熨岛分子有良好的尺“稳定性、强度较髙”但型性低、脆性大 M.为什么髙分子可以呈现卷曲状态？答.U古热运动.髙分子链的构象时刻在改变.H.何谓高聚物的聚集态给构？答t是指高分予聚集在一包所形成的几何爺构.据高分子材料的箱晶度对高分子材料的硬度、强度、密度.耐热性、犁性、痒性等 右何影响？备 高分子聚合物的结晶度越高，则其砚度、强度*密度、耐热性竽越高，而他 性.弹性越低也.何谓更律材料”其主要91成有哪些？答：复合材料是由两种以上物理、化学性质不同的物质经人Tfefr所形戚的多相 材料-主要相分为两荚“啖是

49、构成亘含材料咸本并黏结苴他各相形成亘含材料堆 我时连续相，称其为基休相另 '类是在境合材料屮观改善或调卩复合材料力学. 物理或化学性能作用的复含和30.何为材料的刚度？弹性模量时于材料来讲具有什么应用意罠？答：弾性模S （E） JEffi量材料抵抗弹性变形能力的指标，工程上将其称为材料的刚 度.岸性模量是工程材料重业的性能参数，从宏观角度来说弹性模量是衡量物体 抵抗弹性变形龍力大小的尺度”从徹观用度来说，则是原了.离了或分子Z闾坯合 拥度的反映口凡彫喑键合强度的因素购能影响材料的禅性模量，如犍合方式，晶体 站构.化学成分.微观组织、温度等口悶合金成分不同，热处理状态不同、冷塑性 变形不

50、同黑 金属材料的畅氏模呈值会供戒者更大的波动.但是总体来此 金 属材料的弹性模屋是个对组织不敏感的力学性能指标，合金代、热处理（纤维组 织）、冷犁性变形等对弹性模量的影响较小，温度、加载速率等外在肉素对其影响 也不大'所以一般工程应用屮都把弹性模嚴作为常数31.影响金属、陶瓷，高分子材料弹性模呈的最主娶因素有哪些？答：金降儿平无影輒陶瓷：陶瓷纤垛组织屮存在的气孔奈时陶建的弹性模竜产 生影响口高分于却性模章对:Kill师結构变化菲常敏感.32.何谓断裂韧性？有何实际意义？斷裂韧性又称断裂韧度，是断裂力学中捉汨的表"材14抵抗裂纹咲龜扩 展能力的韧性指标。实际直义匕为零构件的设计

51、和鰹用提供了一个重藝的安全性指标.根据材料Kic的大牛，町河断裂纹体在一定丁作应力卜会否发生 裂纹失臆扩展血引起的断裂：也可根据工作应力来确定允许存在 的鼠大製纹尺寸*33.如何防止材料吋电化学腐蚀？答：保樹材料周甬坏境的F燥，降低水气的會骨，啊且应该让材料在氧會量低的坏 境中丁作，避免勺酸性物质授触"34.如何提高金属材料的拭氧化能力？吝:（F>47）金属衷而形成致密的氧化物层.牢固的覆盖在金属袤而上，于是就 形成了一层葆护层，世氧Y不能再与金届接触.这样就阻止了金属的继续氧化，提 离了金属零却件的抗氧化性能*35.何谓晶体的滑移系，组威滑移系朗潸移面利潸移方向有何特点？ &

52、quot; 答*涓移而和滑移方向的組合被称为涓移系匸滑移而通常为晶体中的原子密排面, 而潸移方向通常为晶休中原子最密推方向.36.何谓分切应力和临界分切应力何谓X软取向柑和乂硬取向护?答：分切代力；多晶体中.备晶粒在滑移而上沿滑移方向所愛到的实际切应力分临界分切应力f当切应力达到某临界值时便晶面两侧的晶体产生相炖滑动从 帀产生姻性形变前分切应力软取向匕某些耿向合适的晶粒在滑移面和滑移方向上所收的分切应力可能满 足临界应力条件佝优光产生也错运劭被啣遇晶体滑移，这桦的品粒取向被称为“软 取向片°硕取向一些晶粒由于取向的原因沿滑移而和滑移方向上的切应力还没有达 到发生滑移的临畀应力条件.这

53、些晶粒暂时述不能产生滑移变形.这样的晶粒取向 被称为“硬取向"37.冬晶休中晶粒取向对晶体舉性变形有利影响？«：晶粒取向的不同便爭鼎体的犁性变形表现出很大的微观不均匀性.晶界对晶体犁性有何影响？答t晶界的存在是塑性变形抗力提高'表现山强化效果.为什么细化晶粒叮以提高金JH强皮，并改善金鵬的犁性和韧性？答:利用细化昴純可以增加胡粒的数量*便处于软取向的晶粒更赛*分布更均匀, 从而便塑性变形过程中，各晶粒变形的先后、变宠量的大小、变形的分布更为畏近 和均匀F从而可推迟裂纹的葫生，延緩材料的断裂P改善材料的甜性.38.晶粒大小对材料的高温抗蠕变性能有何影响？善：晶粒大小对

54、蠕变过程也疔很大影响，在低温吋晶界强度比晶粒髙，晶界和品 裁牌度随温度升高而降低，但晶界纵度降低比晶粒忆所UliiHfe高温时.晶界强 度反而比晶粒低，存在一个笥弧温度或温度范皿 低于此温度范围细品粒材料瑪变 强度较高*高于此温度范圉则粗晶粒材料端变强度较高.高温蠕变时*晶界嬰产生 显著的滑动（见范性形变），晶界潯动在材料的st变变形中总是片有较大的比例， 温度愈高，晶粒愈小，晶界甫动ui起的变形比例也愈大.所乩 在高温細晶材 料的蠕变速奉总是比粗晶高.亠39.金堀中第-柏粒子犬小、数量対里变变堆仃何影响？答，位错滑移*w变形的一种“当位错在晶休屮华裔遭過第一-柑粒于时会爱其阴碍这种阻碍曲大小

55、取决于第二相粒了的性质S大小和数螢*对于较硬、不励变形的第一相範齐 粒子数量越劣、粒禅越小.其昵碍位错滑移的作用越强；对于較软、易变宠的第一相柿T,粒予数童越苏枪轻越大，其阴般位错滑移的柞用越强口40.塑性变堆后，金属的内部组织.性能仔何主翌变化？笞t 2.组织；晶粒发主滑移，产主位错，血在切俺力作用卜，其一海分将沿 定的晶而俘品而）产生 走曲度的切变产生孚屁从帼便晶粒拉长、破祥和纤维化， 内部产生了残余应力等口2.性能右便金属时强度和硕度开高，塑性和韧性降低，从1时便其相艾的机械性能 发生改变口百度41.塑性变影叮产生哪些戎余应力，跌余应力有何危害和叮利用Z处，如何消除毁 余应力?菩璽性变形

56、金产主三种残余应力第一类残余应力，也称宏观钱余应力星第_类残余应力，也称微观残余血力卡第三类残余应力F也称点阵畸变。残余屁力的 存在往往会降低T件的承载范力，便丁件的尺寸和彪状笈生彼岸晁*降低丁件的耐 蚀性n工业生产屮常用去应力退货的热处理工艺消除丁件屮的残余咸力n有时也町 利用残余疵力，如利用便而残余乐怖力可Al 定程度上抑制麦面疲曲裂纹荫生，提 髙材料疲劳颈度.P5442.经冷塑性变形的金属在加热到一定温度时，其址织和性能会发生哪些主娶变 化，为什么？答 1.热加工能便篦态金属屮的气孔、疏松、微翌纹坤合，提高金属的致證度 减轻贯至消除树枝品偏析和改善杂物*第一相的分布等：提高金属的机械性能

57、， 特别是初性和坯性U2热加丁能打碎醫态金属屮的粗大树枝晶和柱状胤井通过再结晶猷得竽轴细晶札 血便金属的机械性證全而提高口但这G热加丁的变彬量和加T终了温度关系很大， 般来说变形量血大些，加丁终了温度不能盍氐萤热加T匪便金属中残存的檢晶偏析、謝变彬夹杂物和第一相沿金属流动方向被拉 长，形成纤维组织應称円流銭？ 便全属的机械性能特别煙塑性和刨性具仃方向性* 纵向上的性能显著大于横向上的.因此热加T时应力求工件流线分布合理.43.何垢回复、再结晶，对网于回£ 再结晶过程，冷变形金属的组纵和性能將相 应发生何种变化？答*回复*冷变形金属在低温加热时，其显微组织无町见变化，但其物理、力学 性

58、能却训分恢复刊冷变形前的过程.其组织变化纤维组织仍为纤维状，无可见变 化口性能变化：强度、硬度賂有卜降，舉形略有提高°再鈴晶£冷变形金属被加热到适当温度时，在变腦组织内部新的无畸变的排 轴晶粒逐渐取代变形晶粒而律形变强化效应克全消除的过程.其组织更匕变堆 晶粒通过形核直儿逐斯转变为靳的无畸变的等轴晶粒U其性能变他强度、輕度 明显卜僻.酣形明显提瓦 f44.冷变形金斶炭生回复再结晶的驼动力是什么？回貝发生的驱动力是变堆储存能的卜降；再结品发生的驰功力是金届中变形備 存能前释放.45.金属的形变堀化述有何利-弊，如何利用和消除形变珮化？1. 严生加工映化、产生残余应力*出现各向异性、物理化学性能的变化.2. 通过加丁硬化可以是金属材料在便用状